第六章

回轉(zhuǎn)器與卡盤§6-1回轉(zhuǎn)器的功用、要求及類型一回轉(zhuǎn)器的功用回轉(zhuǎn)器是鉆機(jī)的重要工作機(jī)構(gòu),主要功用如下:1.帶動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn),提供鉆頭破巖所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速;2.導(dǎo)正鉆具方向;3.實(shí)現(xiàn)變角,以適應(yīng)鉆進(jìn)不同傾角的鉆孔;4.處理孔內(nèi)事故.二對回轉(zhuǎn)器的要求1.回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速要有較寬的調(diào)節(jié)范圍;2.具有良好的導(dǎo)向性;3.具有一定的變角范圍,可鉆進(jìn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的不同傾角的鉆孔;4.應(yīng)保證主動(dòng)鉆桿既可轉(zhuǎn)動(dòng),又不防礙在給進(jìn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下作軸向運(yùn)動(dòng);5.最好具有1-2個(gè)反檔,以滿足特種工作的需要;6.運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音小。三回轉(zhuǎn)器的類型和特點(diǎn)1.立軸式回轉(zhuǎn)器

(1)給進(jìn)機(jī)構(gòu)組裝在回轉(zhuǎn)器的箱體上，和回轉(zhuǎn)器構(gòu)成同一個(gè)拆裝部件、保證了卡盤與回轉(zhuǎn)器的同心度;(2)有一根長的立軸，導(dǎo)向性好;(3)變角范圍大，可鉆任意傾角的鉆孔;(4)采用懸臂式安裝，增加了鉆機(jī)的重心高度;(5)立軸的通孔較小，提下鉆具時(shí)，回轉(zhuǎn)器需要讓離孔口;(6)不能用于擰卸鉆桿，需要另配擰管機(jī)。2.轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)器

(1)多數(shù)轉(zhuǎn)盤是安裝在鉆機(jī)的底座上，使鉆機(jī)的重心低;(2)多數(shù)轉(zhuǎn)盤都兼做擰管機(jī)，減少了設(shè)備的數(shù)量;(3)多數(shù)轉(zhuǎn)盤通孔較大，可通過設(shè)計(jì)的最大粗徑鉆具。提下鉆具時(shí)，無需讓開孔口;(4)因轉(zhuǎn)盤的主軸較短，且通孔大，故對鉆具的導(dǎo)向性差;(5)轉(zhuǎn)盤與給進(jìn)機(jī)構(gòu)為兩個(gè)獨(dú)立的部件，二者沒有直接的聯(lián)系;(6)由于結(jié)構(gòu)的限制，轉(zhuǎn)盤的變角范圍較小。3.移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器（動(dòng)力頭）（1）可在給進(jìn)機(jī)構(gòu)的拖動(dòng)下沿導(dǎo)向架軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)長行程給進(jìn)；（2）配有剛度大的導(dǎo)向架，對鉆具的導(dǎo)向性好；（3）與孔口夾持器配合，可用于擰卸鉆桿，與給進(jìn)機(jī)構(gòu)配合，可用于升降鉆具；（4）采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)，需要一根長的傳動(dòng)軸；（5）鉆不同傾角的鉆孔時(shí)，不靠回轉(zhuǎn)器變角，而是靠導(dǎo)向架的前后傾斜調(diào)整回轉(zhuǎn)器的傾角；（6）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?！?-2立軸回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)一立軸式回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)分析1.動(dòng)力輸入軸(半軸)

一般多采用懸臂式安裝。為保證軸的支撐剛度,多應(yīng)用以下三種加大支撐剛度的方法:(1)選擇合適的軸承類型和安裝方式;(2)選擇合適的軸用材料、結(jié)構(gòu)型式。在結(jié)構(gòu)許可的條件下。適當(dāng)加大軸徑;(3)軸的支撐段長度大于或等于懸出段的長度的2倍，即。2.錐齒輪副（1）錐齒輪的類型

小錐齒輪裝在動(dòng)力輸入軸的懸臂端。大的錐齒輪裝在立軸導(dǎo)管上。常用的有兩種類型:直齒錐齒輪特點(diǎn)是易制造、成本低、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的軸向力始終背離錐頂、尺寸相同，承載能力較小、對安裝誤差的敏感性大、適用于低速傳動(dòng)，v

5m/s.

弧齒錐齒輪特點(diǎn)是齒嚙合重疊系數(shù)大、承載能力大、工作平穩(wěn)、噪聲小、適用于高轉(zhuǎn)速，v>5m/s。但工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力大，且軸向力的方向隨轉(zhuǎn)向的變化而改變、加工困難、成本高、對安裝精度要求高。（2）被動(dòng)錐齒輪的安裝形式被動(dòng)錐齒輪的安裝分上置式和下置式。被動(dòng)錐齒輪的安裝形式取決于傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方案。下置式安裝的潤滑條件優(yōu)于上置式。（3）錐齒輪的選配錐齒輪按照齒的旋向分為左旋錐齒輪和右旋錐齒輪?；↓X錐齒輪副的兩個(gè)齒輪的齒旋向不同。為了使錐齒輪副工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力背離錐頂，則被動(dòng)齒輪上置式安裝時(shí)，主動(dòng)齒輪應(yīng)選用右旋，被動(dòng)齒輪用左旋。如果被動(dòng)齒輪采用下置式安裝，則主動(dòng)齒輪為左旋，被動(dòng)齒輪應(yīng)為右旋。（4）錐齒輪副嚙合間隙的調(diào)節(jié)利用立軸導(dǎo)管上、下兩端的墊片來調(diào)整，調(diào)整時(shí)上、下墊片的總數(shù)不變，只是調(diào)整上、下墊片的數(shù)目。3.立軸導(dǎo)管立軸導(dǎo)管的作用是安裝被動(dòng)傘齒輪、傳遞扭矩，帶動(dòng)立軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又能使立軸在導(dǎo)管內(nèi)孔中上下移動(dòng)。導(dǎo)管是采用滾動(dòng)軸承支撐在回轉(zhuǎn)器的箱體上。其支撐方式主要有三種：向心止推軸承、圓錐滾子軸承及向心球軸承和推力軸承組合式。4.立軸5.箱體的安裝與變角方式（1）半圓壓板式（2）T型槽-螺栓式（3）T型槽-開合式二立軸式回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)計(jì)算(一)立軸式回轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題1.與給進(jìn)機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起考慮;2.結(jié)構(gòu)上盡可能減小回轉(zhuǎn)器的振動(dòng);3.保證孔口的作業(yè)空間，盡可能降低重心;4.保證密封和潤滑。(二)錐齒輪副的設(shè)計(jì)1.從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑的確定從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩直徑系數(shù)取值為：鉆機(jī)汽車拖拉機(jī)2.端面模數(shù)的選擇模數(shù)由選用的模數(shù)是否合適，用下式校驗(yàn):鉆機(jī):汽車:3.齒數(shù)選擇主被動(dòng)齒輪的齒數(shù)應(yīng)沒有公約數(shù)。小齒輪的齒數(shù)盡量選擇奇數(shù)。4.名義螺旋角的選擇一般選用5.弧齒錐齒輪的受力分析(三)立軸與導(dǎo)管的設(shè)計(jì)計(jì)算1.立軸的強(qiáng)度校核(1)立軸危險(xiǎn)截面產(chǎn)生的最大正應(yīng)力(2)立軸產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力(3)立軸產(chǎn)生的合成應(yīng)力另外根據(jù)書中表5-10中的公式可校核不同形狀立軸的接觸應(yīng)力。2.導(dǎo)管的強(qiáng)度校核導(dǎo)管產(chǎn)生的合成彎矩：合成彎矩下產(chǎn)生的應(yīng)力：式中

§6-3轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)一轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)盤主要有下列幾種型式:1.按轉(zhuǎn)速高低劃分為高速轉(zhuǎn)盤和低速轉(zhuǎn)盤。2.按轉(zhuǎn)盤的定位方式分為心管定位和殼體定位。3.按照轉(zhuǎn)盤的傳動(dòng)級數(shù)分為一級傳動(dòng)和二級傳動(dòng)。4.按照轉(zhuǎn)盤動(dòng)力輸入方式分為側(cè)面輸入和中間輸入。5.按照驅(qū)動(dòng)鉆桿的方式分為補(bǔ)心式和回轉(zhuǎn)梁式。二轉(zhuǎn)盤典型結(jié)構(gòu)分析1.SPJ-300轉(zhuǎn)盤2.SPC-600R轉(zhuǎn)盤三轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(一)轉(zhuǎn)盤的參數(shù)1.轉(zhuǎn)盤的通孔小轉(zhuǎn)盤通孔直徑一般為150-160mm，大轉(zhuǎn)盤通孔直徑范圍在400-670mm之間.2.轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)盤的類型不同，轉(zhuǎn)速的差別較大。大直徑轉(zhuǎn)盤最高轉(zhuǎn)速在20-30r/min，而小直徑轉(zhuǎn)盤的最高轉(zhuǎn)速在800-1000r/min左右。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)鉆頭直徑的最佳線速度確定。3.轉(zhuǎn)矩當(dāng)動(dòng)力機(jī)的功率確定后，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速有關(guān)。轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大；轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小。一般工程勘察鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩在0.5-5KN.m，水井鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩在：5.5-20KN.m，大口徑工程鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩在30-20KN.m。（二）轉(zhuǎn)盤主軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算1.轉(zhuǎn)盤軸承類型轉(zhuǎn)盤工作時(shí)，轉(zhuǎn)盤軸承承受有軸向載荷和徑向載荷。轉(zhuǎn)盤軸承多選用推力向心球軸承或推力向心球面磙子軸承。2.主軸承載荷與壽命計(jì)算主軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷可用最大當(dāng)量載荷，考慮壽命系數(shù)來計(jì)算。對于推力向心球軸承，徑向系數(shù)x=1.2對于有補(bǔ)心的轉(zhuǎn)盤，主動(dòng)鉆桿在補(bǔ)心孔內(nèi)下滑時(shí)，對主軸承產(chǎn)生的最大軸向載荷為：P1是補(bǔ)心對主動(dòng)鉆桿的推力。軸承的實(shí)際動(dòng)載荷為：ISO推薦的計(jì)算軸承額定動(dòng)載荷公式列于書中表5-11中。計(jì)算出額定動(dòng)載荷后，可用下面的公式計(jì)算軸承的壽命：（三）轉(zhuǎn)盤的密封（四）轉(zhuǎn)盤的安裝§6-4移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)一移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)分析移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器按照傳動(dòng)方式分為機(jī)械傳動(dòng)式和液壓傳動(dòng)式（俗稱動(dòng)力頭）。1.液壓傳動(dòng)式移動(dòng)回轉(zhuǎn)器單馬達(dá)無變速式2.機(jī)械傳動(dòng)式移動(dòng)回轉(zhuǎn)器二移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)

1.讓開孔口的方式

開合式及后移式

2.動(dòng)力頭的防沖擊機(jī)構(gòu)

利用移動(dòng)式回轉(zhuǎn)器實(shí)現(xiàn)沖擊--回轉(zhuǎn)或振動(dòng)--回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，回轉(zhuǎn)器的主軸和傳動(dòng)齒輪之間是采用可軸向串動(dòng)的連接方式。如花鍵或圓柱銷連接。另外增加防沖擊裝置，多采用緩沖油缸及緩沖彈簧。

3.導(dǎo)向裝置導(dǎo)向裝置的形式有圓柱形導(dǎo)桿式、滾輪滑板式及矩形導(dǎo)軌式等。4.主軸配油套間隙密封設(shè)計(jì)泰美克—250鉆機(jī)配油套間隙是0.025~0.04。鉆石—300鉆機(jī)配油套間隙為0.06~0.08?！?-5回轉(zhuǎn)器的參數(shù)選擇一回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速1.回轉(zhuǎn)器的最高轉(zhuǎn)速

依據(jù)鉆頭適應(yīng)的最高線速度；鉆進(jìn)工藝的發(fā)展趨勢；鉆頭的直徑、鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭的質(zhì)量來確定。鉆頭的線速度與鉆頭的轉(zhuǎn)速關(guān)系為：目前不同切削具的鉆頭適應(yīng)的最高線速度分別為：孕鑲金剛石鉆頭：v=3.5m/s表鑲金剛石鉆頭：v=2.5m/s硬質(zhì)合金鉆頭：v=2m/s鋼粒鉆頭：v=2m/s

2.回轉(zhuǎn)器的最低轉(zhuǎn)速依據(jù)鉆機(jī)的最大開孔直徑、復(fù)雜地層及特種鉆進(jìn)、掃孔和處理事故的需要確定。目前巖心鉆機(jī)的最低轉(zhuǎn)速在60-180r/min。水井鉆機(jī)的最低轉(zhuǎn)速在30r/min左右。

3.調(diào)速范圍R

大口徑鉆機(jī)R=3~5，高速小口徑鉆機(jī)R=4~15。4.速度檔數(shù)按照鉆進(jìn)工藝的需要，理想的是無級調(diào)速。機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)均采用有級變速。一般深孔高速鉆機(jī)取4-8檔，淺孔低速鉆機(jī)取3-4檔。5.中間速度根據(jù)鉆進(jìn)工藝的要求和傳動(dòng)系統(tǒng)的布置確定。中間速度有四種排列方法：(1)等差排列例如20040060080010001200r/min日本的TEL鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的中間轉(zhuǎn)速是按等差排列,如下:150200300400500670r/min(2)等比排列按等比排列的速度，其鄰速比相等。即例如按公比1.47排列的速度列于下面：10014721731947069210191500r/min(3)不規(guī)則排列

XY-4鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速是按照不規(guī)則排列，列于下面：1182173104513626669511384r/min(4)雙等比排列6.反檔速度反檔速度主要用于處理事故和特種鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的反檔速度還用于卸鉆具。一般設(shè)1-2檔。二回轉(zhuǎn)器的通孔直徑和讓開孔口的距離1.通孔直徑立軸的通孔比機(jī)上鉆桿的直徑大2—3mm，轉(zhuǎn)盤的通孔比設(shè)計(jì)的最大粗徑鉆具的直徑大6-8mm。2.讓開孔口的距離開合式一般為：1400~1800；后移式后退的距離：300~450mm。§6-6卡盤一卡盤的功用與要求卡盤的功用是夾緊機(jī)上鉆桿，傳遞轉(zhuǎn)矩，傳遞軸向力及軸向運(yùn)動(dòng)。卡盤應(yīng)滿足以下要求：1.提供足夠穩(wěn)定的夾持力；2.夾緊時(shí)能自動(dòng)定心；3.卡盤的轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量分布均勻，動(dòng)平衡性能好；4.用較小的動(dòng)力產(chǎn)生較大的夾緊力；5.夾緊力分布均勻，不損傷鉆桿；6.動(dòng)作迅速，操作方便省力。二卡盤的類型及組成1.卡盤的組成由夾緊元件、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、卡盤體等組成。2.卡盤的類型類型頂絲式自動(dòng)定心式手動(dòng)卡圈式主動(dòng)鉆桿式常閉式（彈簧夾緊，液壓松開式）常開式（彈簧松開，液壓夾緊式）液壓松緊式三卡盤的結(jié)構(gòu)分析(一）.機(jī)械式卡盤1.頂絲卡盤2.自動(dòng)定心卡盤3.手動(dòng)卡圈式卡盤（二）液壓卡盤1.常閉型卡盤2.常開型卡盤3.液壓松緊型卡盤四卡盤的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）基本參數(shù)的確定

1.卡盤的最大工作載荷強(qiáng)力起拔時(shí)，卡盤的最大載荷：鉆進(jìn)時(shí)卡盤的載荷：卡盤的最大載荷取其二者中的大者2.卡盤實(shí)際可承受的載荷（稱為夾緊力）

夾緊力的計(jì)算見后。3.卡盤夾緊力的儲(chǔ)備系數(shù)β一般β=1.2-1.6(二)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.斜面增力機(jī)構(gòu)根據(jù)齒瓦與卡圈分離體的受力圖可得到二者的力平衡方程組。對于齒瓦：對于卡圈：聯(lián)立上面二方程組,，求出齒瓦對鉆桿的正壓力：卡盤產(chǎn)生的夾緊力為：因?yàn)樗杂忠蛐泵嬖隽C(jī)構(gòu)的增力系數(shù)為：根據(jù)上面的關(guān)系，繪出該機(jī)構(gòu)的特性曲線如圖。由此可分析出斜面增力機(jī)構(gòu)卡盤的特點(diǎn)如下：(1)當(dāng)卡盤結(jié)構(gòu)確定后，其增力系數(shù)為定值；(2)夾緊力在夾持范圍內(nèi)變化較大，當(dāng)鉆桿的尺寸和齒瓦尺寸略有變化時(shí)，夾緊力的變化較明顯。因此，夾持鉆桿規(guī)格范圍較小；(3)卡盤實(shí)現(xiàn)自鎖的條件是α<φ1；(4)設(shè)計(jì)時(shí)可通過改變?chǔ)梁挺?的值，改變增力系數(shù)λ的值。02.連桿增力機(jī)構(gòu)連桿增力機(jī)構(gòu)在夾緊時(shí)的受力情況如圖。按照前面的分析方法，可